CN101722517A - 用于示教工业机器人的方法及根据该方法设置的工业机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于示教工业机器人运动行程的方法，所述工业机器人包括机座(12)以及至少一个活动的铰接臂(14)，所述方法根据以下步骤进行工作：在所述铰接臂(14)的自由端设置具有测量头的测量系统(22)；在末端操纵装置(20)上设置手控装置(28)，所述末端操纵装置设置在所述铰接臂(14)的设有所述测量系统(22)的自由端；操作人员对所述手控装置(28)进行人工操作，以示教机器人(10)的预定的运动行程；通过设有测量头的所述测量系统(22)来记录设在所述铰接臂(14)自由端的所述手控装置(28)的每个位置；将记录的位置转换成坐标数据；将记录的坐标数据传输给调节和控制系统；将传输的坐标数据存储在所述调节和控制系统中；通过所述调节和控制系统来计算所存储的坐标数据以及将计算出的数据存储为机器人(10)的运动程序。本发明还涉及一种根据上述方法设置的工业机器人。

Description

用于示教工业机器人的方法及根据该方法设置的工业机器人
技术领域
本发明涉及一种用于示教工业机器人运动行程的方法，所述工业机器人包括机座以及至少一个活动的铰接臂。
背景技术
为了使工业机器人产生运动，通常采用一种操作设备或类似装置，由操作人员对该操作设备或类似装置进行手动操纵。与此同时，机器人诸如从一个位置到另一个位置或是沿着固定轨迹的运动通过为此设置在操作设备上的操纵杆或通过键盘产生的命令来进行操纵，也就是说，机器人跟随着键盘或操纵杆的相应调节值的运动命令。通常情况下，操作设备和控制装置之间的连接是恒定而不可分的。
对于轨迹的限定，机器人或机器人铰接臂从一个位置到另一个位置的运动是绝对必要的。诸如工具着手的位置上的示教需要编程人员的经验和灵敏的感觉，由此才能够使元件不会受到损坏。
当然，有时借助于键盘或操纵杆的机器人的复杂运动轨迹的编程是非常费时的，这是因为每个轨迹点都必须单独限定，或者必须通过操纵杆使运动非常平稳和精确地得以实现，从而避免运动轨迹的每个错误或者还能避免在偏移情况下的损坏。
发明内容
由现有技术可知，本发明的目的是提供一种如在开头所述的方法，目前为止该方法是一种较为简单的方式方法。本发明的又一目的是提供一种实现所述方法的装置，该装置允许尽可能简单的手动操纵。
本发明的目的通过权利要求1和权利要求9的特征得以实现。
因此，本发明的方法是作为人工示教过程而设计的，其中，机器人通过手动来操纵，并且将每个到达的轨迹点进行电存储，从而在示教过程完成之后通过轨迹坐标数据而保存一运动轨迹。具体包括以下步骤：
a)在所述铰接臂的自由端设置具有测量头的测量系统；
b)在末端操纵装置上设置手控装置，所述末端操纵装置设置在所述铰接臂的设有所述测量系统的自由端；
c)操作人员对所述手控装置进行人工操作，以示教机器人预定的运动行程；
d)通过设有测量头的所述测量系统来记录设在所述铰接臂自由端的所述手控装置的每个位置；
e)将记录的位置转换成坐标数据；
f)将记录的坐标数据传输给调节和控制系统；
g)将传输的坐标数据存储在所述调节和控制系统中；
h)通过所述调节和控制系统来计算所存储的坐标数据；以及
i)将计算出的数据存储为机器人的运动程序。
步骤a)：为了清楚地限定机器人及其末端操纵装置的每个定点位置并且记录各个位置所属的坐标，有必要设置一测量系统，该测量系统用来记录坐标数据并对这些坐标数据进行计算。可替换地，还能够将机器人的运动学装置用作测量系统。
步骤b)：为实现手动操纵末端操纵装置，也就是手动操纵机器人铰接臂的自由端，作为手控装置而设有把手，通过该把手来实现精确的人工操纵，其中，还能够产生到达机器人控制装置的命令传输。
步骤c)：通过示教人员来实现手控装置的运动是本发明的基本原理。
步骤d)：根据本发明，还要注意到实现机器人的运动行程所需的精确度，即，通过设置在机器人铰接臂自由端的测量头根据坐标来精确记录每个位置。可替换地，还能够记录工具中心点，也就是指末端操纵装置的工具工作点；这方面可以自动通过工业机器人的控制装置来实现。
步骤e)：进一步地，还需要将记录的每个位置的坐标转换成可操作的电子坐标数据，接下来能够通过这些坐标数据导引出运动轨迹，其中，这方面也能够通过机器人控制装置来确保实现。
步骤f)：将正确的坐标数据从机器人传输给调节和控制系统，以对这些坐标数据进行计算。
步骤g)：在所述调节和控制系统中，将每个坐标数据进行存储，用以进行最终处理。
步骤h)：或者通过存储装置进行计算，也就是在一定程度上进行同步(“实时”)计算，或者在轨迹坐标记录完成之后进行计算。
步骤i)：所述方法的最后一步，需要最终将单独的轨迹坐标数据共同导引成一运动轨迹，作为运动程序。
简而言之，本发明的用于示教工业机器人运功行程的方法是结合了人工和电子的方法，这是因为，相关数据首先是人工而生成的，也就是通过手控装置的人工运动而生成，紧接着进行电子处理或实时地进行电子处理，并且将这些数据存储为运动程序。
根据本发明方法的实施例变换能够了解到，在将由所述测量系统记录和转换的坐标数据传输给调节和控制系统的步骤之前，首先将这些坐标数据存储在所述测量系统中，然后将坐标数据读出并传输给所述调节和控制系统，在所述调节和控制系统中对坐标数据进行计算并存储为用于控制机器人的运动程序。
根据本发明方法的其它具有优势的变换还能够了解到，由测量系统记录的全部坐标数据直接传输到诸如调节和控制系统的外部存装置中，在所述调节和控制系统中进行诸如转换、计算以及编程的操作。
根据本发明方法的具有优势的扩展实施例，使由测量系统记录的测量值的传输受到保护。由此能够避免每个测量值的篡改。
根据所述方法特别优选的变换，可选择地，对所述手控装置的单独位置进行记录，或者对完整轨迹的坐标数据进行记录。
根据本发明方法的又一形式，所述示教通过所谓的“双手动操作”来实现。在这种情况下，所述坐标数据以六维空间坐标进行记录。用于机器人的坐标数据总是采用六维空间坐标进行记录。通过“双手动操作”实现了在六维空间坐标上的协调运动，也就是说，使在测量系统上的瞬时施用更加简单并因此而更加协调。
根据优选的方法变换，所述记录和计算出的坐标数据用于程序员，从而在轨迹生成过程中将运动轨迹转换为精确的运动程序。
机器人在两点之间的运动的确定过程中，对于手控装置来说通常能够选择至少两种不同的运动形式，比如直线运动或经由轴的运动。
通过本发明的方法及其实施变换，为使用者提供一种简单的对机器人的轨迹控制进行编程的可能性，同时还具有节省时间以及执行更为精确的特点。
根据本发明的另一个目的，提供一种工业机器人，所述工业机器人包括机座以及至少一个活动的铰接臂，所述铰接臂的自由端设有连接装置，用以可释放地连接诸如工具或其它装置的末端操纵装置；以此作为基础，应该说明这样一种可能性，即，允许了一个对机器人运动行程的简单化的确定。
根据本发明，所述目的通过权力要求9的特征得以实现。由本发明可知，所述工业机器人的自由端设有包括测量头的测量系统，所述测量系统自动检测到所述末端操纵装置的每个位置和情况，并传递给调节和控制单元，并且所述末端操纵装置上还设有手控装置，所述手控装置用于示教机器人或铰接臂的运动行程，并且由为此指定的人员对所述手控装置进行人工操作。
根据本发明的工业机器人的优选实施例，受到壳体保护的所述测量系统设置在所述铰接臂的自由端上，在该位置上所述测量系统能够随时安装或再次取下。
此外，具有优势地，所述测量系统设置在刚性壳体中，并且通过受到保护地设置在机器人的铰接臂中的传输导线与所述调节和控制系统进行通讯。
在手控装置中的附加系统称为“示教装置”，这些附加系统补充性地用在电子操作设备中。这些示教装置与系统手控装置相连接，也就是指，机械装置和控制装置相互固定连接，并且这些示教装置只能够通过较长的时间消耗来拆掉，这方面也适用于例如设置在手控装置的手柄和末端操纵装置之间的测量系统。
通常情况下，必须使末端操纵装置与工业机器人机械地分离才能拆卸掉测量系统的元件，这意味着，摆脱末端操纵装置是前提条件。因此，这就使人工示教难以进行或是不可能实现。
本发明的明确改进方案，其特征在于，所述测量系统与所述铰接臂的连接采用插拔式连接和/或卡槽连接。所述插拔式连接和/或卡槽连接实现了对测量系统的简单而具有优势的无工具安装和拆卸。
根据本发明的工业机器人的优选实施例，在不需要像先前那样拆卸末端操纵装置的情况下，设置在所述铰接臂自由端的所述测量系统是可拆卸的。
这样的测量系统例如可以是测力系统，用于测量诸如夹具的承受质量以及夹持力，所述测量系统还可以是用于测量铰接臂的角度位置及其方向的装置。此外，这样的测量系统还提供了进行校准处理的可能性，从而只能够测量附加力。
本发明所述的以及其它具有优势的形式和改进方案以及特别优势是从属权利的主要内容。
附图说明
接下来将根据本发明附图所示的实施例对本发明具有优势的形式和改进方案以及特别优势进行详细解释和说明。图中示出了：
图1为现有技术的工业机器人的示意图；
图2为本发明的设置在工业机器人铰接臂自由端的测量头的侧面示意图；
图3为内部设有测量系统用于安装在工业机器人铰接臂自由端的壳体的示意图；以及
图4为本发明的设置在工业机器人铰接臂自由端的测量头在倾斜状态下的顶部示意图，其中，该测量头上固定有手控装置。
附图标记说明
10工业机器人
12机座
14铰接臂
16驱动装置
18凸缘
20末端操纵装置
22测量系统
24壳体(用于测量系统)
26操纵杆
28扶柄
30凸缘(连接机器人)
32凸缘(连接末端操纵装置)
具体实施方式
图1中示出了现有技术公知的工业机器人10的侧视图，该工业机器人设有机座12，该机座上设有与其铰接的铰接臂14以及驱动装置16。
铰接臂14的自由端设有凸缘18，该凸缘能够连接不同设置的工具。
在所示实施例中，凸缘18和末端操纵装置20之间，也就是指在凸缘和由机器人10操纵的任意一种工具之间，设有一用于人工示教过程的测量头22，在机器人接下来的示教之后和在所确定的操作开始之前，首先必须将测量头拆掉。这就导致在时间和安装工作上的重要浪费。
因此，本发明的目的是提供一种技术方案，该技术方案避免了，为了实现设置在机器人10的凸缘18和末端操纵装置20之间的测量系统22的拆卸而要进行的末端操纵装置20从工业机器人10上的费时拆卸。
图2中示出了对于目前尚未能尽如人意解决的所述问题的技术方案。如图所示，在与铰接臂14端部连接的凸缘18上装设一圆柱形壳体24，再将末端操纵装置20连接到该壳体上。
根据本发明，这种技术方案在于具有一特别的壳体，在示教过程中，对于示教所需的测量系统定位该壳体中，而接下来在预定的工作之前，则能够在具有很小浪费的情况下将该测量系统拆卸掉。因此，通过这种仅根据需要可定位在机器人臂14中的测量系统22，使该测量系统的安装和拆卸都变得简单，同时，相对于先前技术还显著地降低了时间上的浪费。
测量系统22设置在刚性壳体24中，其中，通过内部结构来确保每个测量值的传输。通过这种方式实现了，在不用必须先将末端操纵装置20拆卸掉的情况下，仅用很少的手动操作就能使测量系统22从连接状态中释放。
图3中示出了壳体24的在倾斜状态下的示意图，其中，测量系统22例如在示教过程中短时地设置在该壳体中。该测量系统在示教之后还能够保持在机器人上，以实现一个用于操作过程的力控制装置。该壳体设置成圆柱形，并且具有两个正端面，其中一个端面设有凸缘30，用以安装到设置在工业机器人10的铰接臂14的自由端上的凸缘18上。另一个端面也同样设有凸缘32，用以连接末端操纵装置20。
根据本发明，壳体24中的测量系统22的定点定位由此变得简单，即，通过壳体24内部的卡槽装置使测量系统22在使用期间固定设置在壳体24中。为了能够操作未详细示出的卡槽装置以及同样未详细示出的测量系统22，设有一可以从外部进行人工操作的摇杆或操纵杆26，通过调整该摇杆或操纵杆使测量系统22在其安装位置上锁止或释放。可替换地，上述过程例如还能够通过弹簧装置来实现，使弹簧装置在定位之后锁止，从而确保实现固定连接。
当然，还能够采用插拔式连接，通过插拔式连接使测量系统22定位在壳体24中，并且通过摇杆或操纵杆26使测量系统固定或解除固定。
最后，图4示出了机器人10的铰接臂14自由端的示意图，该自由端根据本发明的方式进行装配。在末端操纵装置20上固设有在两侧彼此相对设置的扶柄(Haltegriffe)28，从而由此可以实现对末端操纵装置20的双侧人工操作，并由此实现以简单的方式进行人工示教。
在末端操纵装置的后面是测量系统22的测量头，该测量头用于示教过程中，由于被壳体24罩住，因此在此看不到测量头。
为了实现本发明的方法，还设有一个在图中未示出的调节和控制系统，该调节和控制系统可选择地设置在相关联的机器人10上，或者，为机器人10的所有部件或至少一组部件设置调节和控制系统，并负责对所述部件进行控制。

Claims (16)

1.一种用于示教工业机器人(10)运动行程的方法，所述工业机器人包括机座(12)以及至少一个活动的铰接臂(14)，所述方法包括以下步骤：
a.在所述铰接臂(14)的自由端设置具有测量头的测量系统(22)；
b.在末端操纵装置(20)上设置手控装置(28)，所述末端操纵装置设置在所述铰接臂(14)的设有所述测量系统(22)的自由端上；
c.操作人员对所述手控装置(28)进行人工操作，以示教机器人(10)预定的运动行程；
d.通过设有测量头的所述测量系统(22)来记录设在所述铰接臂(14)自由端的所述手控装置(28)的每个位置；
e.将记录的位置转换成坐标数据；
f.将记录的坐标数据传输给调节和控制系统；
g.将传输的坐标数据存储在所述调节和控制系统中；
h.通过所述调节和控制系统来计算所存储的坐标数据；以及
i.将计算出的数据存储为机器人(10)的运动程序。
2.根据权利要求1所述的用于示教工业机器人(10)运动行程的方法，其特征在于，在将由所述测量系统(22)记录和转换的坐标数据传输给所述调节和控制系统的步骤之前，首先将这些坐标数据存储在所述测量系统(22)中，然后将坐标数据读出并传输给所述调节和控制系统，在所述调节和控制系统中对坐标数据进行计算并存储为用于控制机器人(10)的运动程序。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使由所述测量系统(22)记录的测量值的传输受到保护，从而避免每个测量值的篡改。
4.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，对所述手控装置(28)的单独位置进行记录。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的方法，其特征在于，对完整轨迹的坐标数据进行记录。
6.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述示教通过所谓的“双手动操作”来实现。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述坐标数据以六维空间坐标进行记录。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述记录和计算出的坐标数据用于程序员，从而在轨迹生成过程中将运动轨迹转换为精确的运动程序。
9.一种工业机器人(10)，所述工业机器人包括机座(12)以及至少一个活动的铰接臂(14)，所述铰接臂的自由端设有连接装置(18)，用以可释放地连接诸如工具或其它装置的末端操纵装置(20)，其特征在于，
所述工业机器人(10)的自由端设有包括测量头的测量系统(22)，所述测量系统自动检测到所述末端操纵装置(20)的每个位置和情况并传递给调节和控制单元，并且所述末端操纵装置上还设有手控装置(28)，所述手控装置用于示教机器人(10)或铰接臂(14)的运动行程，并且由为此指定的人员对所述手控装置进行人工操作。
10.根据权利要求9所述的工业机器人，其特征在于，受到保护的所述测量系统(22)设置在所述铰接臂(14)的自由端上。
11.根据权利要求9或10所述的工业机器人，其特征在于，所述测量系统(22)设置在刚性壳体(24)中，并且通过受到保护地设置在机器人(10)的铰接臂(14)中的传输导线与所述调节和控制系统进行通讯。
12.根据权利要求9至11中任意一项所述的工业机器人，其特征在于，所述测量系统(22)在所述壳体(24)中的固定采用插拔式连接和/或卡槽连接。
13.根据权利要求9至11中任意一项所述的工业机器人，其特征在于，所述测量系统(22)在所述壳体(24)中的固定采用力配合式连接。
14.根据权利要求13所述的工业机器人，其特征在于，设有弹簧系统，通过对所述弹簧系统的操作使所述测量系统(22)固定在所述壳体(24)中。
15.根据权利要求13所述的工业机器人，其特征在于，设有操纵杆或摇杆(26)，通过对所述操纵杆或摇杆的操作使所述测量系统(22)固定在所述壳体(24)中。
16.根据权利要求9至12中任意一项所述的工业机器人，其特征在于，在不需要像先前那样拆卸末端操纵装置(20)的情况下，所述测量系统(22)是可拆卸的。
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